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细根一般是指直径小于2mm的根,是植物进行养分和水分吸收的主要组织,其对水分和养分的吸收功能相当于叶片对C和能量的吸收。相对于相根,细根养分含量高,周转快,能将大量养分和C归还土壤,因而尽管细根占总生物量份额较小,但它在生态系统生产力、C循环以及养分循环中却起着重要作用。在植物地下生物量占优势的草原生态系统中尤其如此。氮沉降、降水格局改变以及物种丧失等这一系列全球气候和多样性的变化,对生态系统造成的影响,已经引起广泛的关注,而这些因素如何影响细根分布、结构和动态,成为了当前研究的一个热点。
本论文对内蒙古典型草原进行以下实验,并得出了相应结论。
一、水分(W)和氮素(N)添加实验,来研究在降水量差异明显的两个年份(2007年和2008年),水分和养分添加对细根分布和动态的影响,主要结论如下:
1相对于氮素,水分是限制群落细根生产的主要限制因子。
2水分添加能够提高细根的生长,这种促进作用在自然降水量增加的年份降低。氮素添加对细根生长的提升相对较弱,在降水量增大的2008年则没有作用。
3水分和氮素添加对土壤表层细根的影响大于深层细根。
4不同直径的细根对水分和氮素添加的响应有显著差异,0-0.5mm的细根对处理最为敏感,并且对水分添加的响应大于氮素添加。
5不同方法计算的生长季细根生产有差异,内生长法计算的细根生产较低。但是生长季细根生产对处理的响应基本一致:水分添加促进细根生产,而氮素添加无影响。
6不同方法计算的细根年生产力和周转以及对处理的响应都有很大差异。但是不同方法中细根年生产力均随土层加深而降低,而细根周转加快。
7细根养分有明显的季节性。细根氮浓度和氮含量在地上生物量最大时降低。氮素添加提高深层细根的氮浓度,降低C:N,而水分添加则没有影响,但是它却能够通过提高根系生物量而提高根系N含量。
二、三种多年生草本植物(Cleistogenes squarrosa,Achnatherum sibiricum and Stipa grandis)的细根结构特征及其对水分和氮素添加的响应实验,主要结论如下:
1不同根序的细根性状差异显著,与基部根序相比,末端根序具有较高的N浓度、N:P、组织密度和比根长(SRL),但是C:N和直径较低。
2不同根序细根的形态特征(直径、组织密度、比根长)对水分和氮素的添加无响应,细根养分的响应也较弱。
3末端根序氮浓度与地上部分氮浓度的相关性高于基部根序。
不同根序的细根在结构和相关性上的差异表明,这些禾草植物根系功能上可能存在差异。
三、在研究多样性与生态系统功能(BEF)关系的实验平台上,研究植物功能群去除(模拟多样性的变化)对群落根系和土壤养分循环的影响,主要结论如下:
1随着功能群去除数目增加,根系生物量减少,但是根系N库与C和P库的响应不同:前者呈单峰型,后两者是线性降低。
2随着功能群去除数目增加,土壤硝态氮升高,净氮矿化速率降低。
3去除功能群的组成和数目对根系生物量和养分库均有影响。